ระบบกลไกได้รับการออกแบบและทดสอบโดยไม่ต้องสร้างแบบจำลองทางกายภาพอย่างไร


10

ฉันยังใหม่กับวิศวกรรมเครื่องกลแม้ว่าฉันจะมีพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ (สูงกว่าปริญญาตรีในวิชาคณิตศาสตร์) และฉัน (ส่วนใหญ่) รหัสสำหรับการใช้ชีวิต

ฉันมีความคิดเกี่ยวกับการสร้างอุปกรณ์เชิงกล ฉันคิดว่ามันจะนำมาซึ่งอุปกรณ์เชื่อมโยงและแอคชูเอเตอร์

ฉันมีความคิดคร่าวๆว่าสิ่งใดเหมาะสม แต่ฉันต้องการทดสอบและปรับแต่งการออกแบบในซอฟต์แวร์ก่อนที่จะสร้างอุปกรณ์จริง เมื่อฉันพูดว่า "test" ฉันหมายถึงการดูผ่านแอนิเมชันตัวอย่างเช่นว่าสองรายการจะชนกันเมื่อมีการเคลื่อนไหวหรือว่ามีระยะห่างเพียงพอระหว่างพวกมันขณะเคลื่อนที่ผ่านกันและกัน

สิ่งนี้ช่วยให้ฉันทำการทดสอบการออกแบบและการจำลองของชิ้นส่วนก่อนที่จะจบการออกแบบและสร้างระบบทางกายภาพจากการออกแบบ

ขั้นตอนคือ:

  1. สร้างการออกแบบ 3D ในซอฟต์แวร์
  2. เรียกใช้การจำลองเพื่อดูว่า "ทำงาน" หรือไม่ถ้าไม่แก้ไขการออกแบบและทำซ้ำ
  3. สร้างระบบทางกายภาพจากการออกแบบที่ "ทำงาน"

ฉันพบว่าระบบประกอบด้วยระบบย่อยสามระบบที่ทำงานร่วมกัน

ดังนั้นฉันต้องการออกแบบและทดสอบแต่ละองค์ประกอบย่อยก่อนที่จะรวมเข้ากับระบบที่สมบูรณ์

คำถามของฉันคือ:

  • นี่เป็นวิธีการออกแบบที่เกิดขึ้นจริงหรือไม่?
  • ข้อดีและข้อเสียของโครงการที่ฉันวางแผนไว้คืออะไร

ฉันตั้งใจจะใช้ FreeCAD ในการออกแบบและทดสอบ


โครงการของคุณเป็นอย่างไร :)
akauppi

คำตอบ:


10

คำตอบ: ใช่นี่คือสิ่งที่ทำในโลกแห่งความจริง สิ่งที่คุณอธิบายคือสิ่งที่ฉันทำในงานของฉันเพื่อตรวจสอบระบบใน CAD

เมื่อคุณระบุว่าคุณต้องการให้ฉันผ่านขั้นตอนการออกแบบของฉันฉันมีรายละเอียดด้านล่าง โปรดทราบว่าสิ่งนี้ส่วนใหญ่ไม่เกี่ยวข้องกับ CAD CAD นั้นมีค่ามาก แต่ถ้าคุณพร้อมที่จะออกดินสอและกระดาษก่อน โปรดทราบด้วยว่านี่เป็นเพียงขั้นตอนการออกแบบของฉันมันไม่ได้เป็นวิธีเดียวที่จะทำสิ่งต่าง ๆ

การจัดเตรียม

เมื่อฉันเริ่มต้นการออกแบบใด ๆ ฉันเริ่มต้นด้วยการหาพารามิเตอร์ทั่วไปเช่นพื้นที่ที่จะต้องพอดีกับสิ่งที่มันจำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อกับสิ่งที่อินพุตและเอาต์พุตจะเป็น ให้พูด (เพื่อเป็นตัวอย่างที่เป็นรูปธรรม) ว่าฉันกำลังสร้างเครื่องจักรที่ใช้ในท่อยาว ๆ แล้วตัดมันออกเป็นส่วนที่กำหนดไว้ ขั้นตอนแรกของฉันคือการกำหนดขนาดและวัสดุของท่อที่ฉันต้องการป้อนข้อมูลความยาวของเครื่องจักรที่ควรตัดท่อเข้าไปวิธีใดที่ฉันจะใช้เพื่อตัดท่อและพื้นที่ที่ฉันมี ชั้นร้านค้าสำหรับเครื่องดังกล่าว

จากนั้นฉันจะทำร่างคร่าวๆของสิ่งที่ฉันคิด ในตัวอย่างตัวตัดไปป์อาจเป็นเรื่องง่ายเหมือนกล่องที่มีชื่อว่า "ตัวตัด" และบรรทัดที่มีป้ายกำกับที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวท่อน้ำหนัก

ขั้นตอนต่อไปคือการทำคณิตศาสตร์เพื่อหาว่าต้องใช้แรงความเร็วและอื่น ๆ เป็นอย่างไร เนื่องจากคุณบอกว่าคุณมาจากภูมิหลังทางคณิตศาสตร์ฉันจะไม่สนใจเรื่องนี้มากนัก

ฉันมักจะทำร่างใหม่ที่นี่ยกเว้นตอนนี้ฉันรู้สึกว่าส่วนประกอบของฉันจะต้องใหญ่แค่ไหนเพราะฉันรู้ว่ากองกำลังที่เกี่ยวข้อง

หลังจากฉันทำคณิตศาสตร์ฉันมองหาชิ้นส่วนเพื่อการค้าที่ตอบสนองความต้องการของฉันและ (ถ้าเป็นไปได้) ดาวน์โหลดไฟล์ CAD หรือแบบเครื่องกลสำหรับชิ้นส่วนเหล่านั้น

เมื่อฉันมีชิ้นส่วนเพื่อการค้าฉันจะสร้างภาพร่างอีกครั้งคราวนี้แสดงตำแหน่งสัมพัทธ์ของชิ้นส่วนการค้าของฉันพร้อมกับส่วนต่อประสานที่มีป้ายกำกับเพื่อที่ฉันจะได้รู้ว่าโครงสร้างการสนับสนุนแบบไหนที่ฉันต้องสร้าง

การสร้างแบบจำลอง 3 มิติ

เมื่อมาถึงจุดนี้ในที่สุดฉันก็แตกออกแพคเกจ CAD ฉันเริ่มต้นด้วยการสร้างแบบจำลอง 3 มิติของชิ้นส่วนเพื่อการค้าใด ๆ ที่ฉันมีซึ่งไม่มีแบบจำลอง 3 มิติออนไลน์และจากนั้นไปยังส่วนโครงสร้างการสนับสนุนของฉันและประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดเข้าด้วยกันเป็นชุดประกอบ

นี่คือส่วนที่คุณอาจสงสัยมากถ้าคุณไม่เคยใช้ CAD มาก่อน

ใน 3D CAD คุณควรวาดแต่ละส่วน (โดยปกติจะเป็นสิ่งที่มาในเชิงพาณิชย์หรือทำจากวัสดุชิ้นเดียวในไฟล์ส่วนหนึ่งของมันเองเมื่อคุณมีไฟล์ส่วนหนึ่งคุณสามารถสร้างสิ่งที่เรียกว่าชุดประกอบ แอสเซมบลีช่วยให้คุณสามารถเลือกไฟล์หลายส่วนและกำหนดลิงค์ระหว่างพวกเขาโปรแกรม CAD ไม่มีความรู้สึกของ "การชน" ดังนั้นคุณต้องบอกโปรแกรมที่ใบหน้าถูกจัดชิดกับใบหน้าอื่น ๆ สิ่งที่พวกเขาอยู่ห่างกัน ฯลฯ แต่ละส่วนเริ่ม ออกมาพร้อมกับอิสระหกองศาและแต่ละข้อ จำกัด จะลดองศาอิสระลงด้วยจำนวนที่ จำกัด การระบุใบหน้าสองหน้าเป็นแบบขนานจะลบเสรีภาพในระดับหนึ่งออกไปหนึ่งคู่ (เพื่อนสองพื้นผิวมีความบังเอิญ) ลบสองหรือสาม ฯลฯ

FreeCAD

ฉันไม่ได้ใช้ FreeCad ดังนั้นฉันจึงไม่สามารถให้ความเห็นได้อย่างชัดเจนว่าข้อดีข้อเสียจะเป็นเช่นไร แต่ฉันเดาว่านี่คือข้อดีคือว่ามันว่างและคุณจะเห็นว่ามิติทำงานอย่างไรและอะไรไม่ทำงาน ข้อเสียคือซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์จะใช้งานง่ายกว่า


ขอบคุณสำหรับคำตอบ. เนื่องจากฉันใหม่เอี่ยมที่นี่คุณช่วยอธิบายคำตอบขั้นตอน (หรือขั้นตอนการทำงาน) ของคุณให้ละเอียดเกี่ยวกับการรับIDEAของระบบจากหัวของคุณไปสู่การออกแบบบนคอมพิวเตอร์ (โดยไม่ต้องอาศัยอะไรมากเกินไป ของซอฟต์แวร์ที่ใช้) ขอบคุณ
Homunculus Reticulli

1
ฉันเพิ่มรายละเอียดมากมาย แต่ฉันไม่แน่ใจว่าส่วนไหนจะเป็นประโยชน์ หนังสือทั้งเล่มสามารถเขียนเกี่ยวกับสิ่งนี้ได้อย่างง่ายดาย แต่หากมีสิ่งใดที่คุณต้องการที่จะอธิบายรายละเอียดเล็กน้อยฉันอาจทำเช่นนั้นได้
regdoug

+1 ขอบคุณมาก นั่นคือสิ่งที่ฉันต้องเริ่มต้น!
Homunculus Reticulli

1

CAD เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการพิจารณาสัญญาณรบกวนทางเรขาคณิตและการออกแบบพิเศษ ถ้าใช้ไฟไนต์อิลิเมนต์ในแพ็คเกจ CAD ข้อมูลสามารถใช้สำหรับการคำนวณความเครียดและความเครียดได้ สิ่งนี้อาจซับซ้อนเนื่องจากระบบจะเป็นแบบไดนามิกมีโหลดคงที่และโหลดแบบไดนามิก ต้องคำนวณโหลดแบบไดนามิกเมื่อแบบจำลองนั้นขึ้นอยู่กับโหลดที่แตกต่างกัน

นอกจากความแข็งแรงทางกลแล้วยังมีพารามิเตอร์อื่น ๆ ที่จำเป็นต้องพิจารณาด้วยการจำลองสถานการณ์ สมมติว่าคุณกำลังออกแบบระบบกันสะเทือน ค่าคงที่ของสปริงของสปริงและค่าหน่วงการทำให้ชื้นของแดมเปอร์จำเป็นต้องเลือกโดยใช้การจำลอง การจำลองทางคณิตศาสตร์สามารถพัฒนาได้โดยใช้ Simulink หรือเข้ารหัสในภาษาคอมพิวเตอร์ การใช้โพรไฟล์แรงที่คาดหวังและเงื่อนไขการทดสอบสามารถกำหนดพารามิเตอร์ได้โดยใช้การจำลอง


1

ฉันทำงานให้ บริษัท วิศวกรรมเครื่องกลที่ติดอันดับ Fortune 500

กระบวนการพัฒนาผลิตภัณฑ์ในระบบเครื่องจักรกลมีความกว้าง:

ฉันคิดว่าคุณมีสเปคที่สมบูรณ์ของสิ่งต่าง ๆ เช่นแรงอุณหภูมิความกดดัน ฯลฯ และสามารถเริ่มออกแบบได้ทันที สิ่งแรกคือการเริ่มสร้างแนวคิดการออกแบบที่อาจหรืออาจไม่ตรงตามข้อกำหนด นี่คือการรวมกันของการเลือกรูปทรงเรขาคณิตที่จะบรรลุงานวัสดุที่จะช่วยให้ง่ายต่อการผลิตและประสิทธิภาพการทำงานในทุกสภาพการใช้งานด้วยคุณสมบัติความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่เหมาะสมที่จะมีอายุการใช้งานการออกแบบที่ระบุ

การออกแบบนี้เสร็จสมบูรณ์ในแพ็คเกจ CAD ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่เป็นของแข็ง

จากที่นั่นสามารถประกอบและวาดแบบการผลิต แต่ก่อนอื่นเราต้องตรวจสอบการออกแบบของเราด้วยการวิเคราะห์บางอย่าง นี่อาจเป็นคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ขั้นพื้นฐานเพื่อแสดงมิติจะทำงานภายในซองจดหมายการออกแบบจลนศาสตร์และจลนศาสตร์ขั้นพื้นฐานหรือยอดคงเหลือจำนวนมากสำหรับการออกแบบที่ประมวลผลของไหลเช่น

การวิเคราะห์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นนั้นจำเป็นต้องใช้วิธีการที่ซับซ้อนในซอฟต์แวร์ที่รู้จักกันในชื่อ CAE (วิศวกรรมคอมพิวเตอร์ช่วย) หรือ ALD (การออกแบบนำการวิเคราะห์)

สำหรับการศึกษาความเครียดและความเครียดอุณหภูมิและของเหลวในระดับหนึ่งวิธีไฟไนต์อิลิเมนต์ใช้ในการคำนวณคุณสมบัติของท้องถิ่นโดยใช้แบบจำลองแบบตาข่ายและเงื่อนไขขอบเขต

สำหรับการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างของไหลกับเรขาคณิตและการดูที่ความกดดันอุณหภูมิและสมบัติของของเหลวและความร้อนอื่น ๆ จะใช้การเปลี่ยนแปลงของของไหลเชิงคำนวณ นี่คือการดำเนินการตามปกติของวิธีการ จำกัด ปริมาณ

คุณพูดพาดพิงถึงการจำลองและย้ำ นั่นคือกระบวนการที่ทำ อย่างไรก็ตามวิธีการตรวจสอบทางสถิติใช้การออกแบบทฤษฎีการทดลองเพื่อสร้างการกำหนดค่าการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด


1

ไม่แน่ใจว่าคุณไปมาได้อย่างไร แต่ฉันอยู่ในเรือลำเดียวกันและได้นิ่งงัน ...

"มันจะนำมาซึ่งอุปกรณ์เชื่อมโยงและแอคทูเอเตอร์" ฉันเชื่อว่าเป็นเรื่องยากสำหรับผู้ทำงานอดิเรก การสร้างแบบจำลองในระดับนี้ต้องใช้ซอฟต์แวร์การออกแบบระดับมืออาชีพซึ่งมีต้นทุน££££ หากคุณสามารถทำสิ่งนั้นได้ทั้งหมดก็เป็นเรื่องที่ดีหลังจากที่คุณมีส่วนร่วมกับวิธีคิดแบบจำลอง 3 มิติ มันไม่เหมือนการร่าง 2D

โดยเฉพาะฉันได้ทำการทดสอบ FreeCAD 0.16 (เวอร์ชั่นเสถียร [?] ปัจจุบัน) และรู้สึกผิดหวัง ยังไม่ถึงจุดใช้งานจริง ๆ ฉันคิดว่ามันอาจจะไม่สามารถเข้าถึงการใช้งานได้เนื่องจากแพ็คเกจโอเพ่นซอร์สจำนวนมากไม่สามารถทำได้เช่น LibreCAD 2D มันไม่สามารถจัดการกับมากกว่าหนึ่งส่วนได้ดังนั้นสามารถลองสร้างแบบจำลองลิงก์ไม่ใช่ลิงก์

ในขณะที่คุณกำลังเชื่อมโยงด้านวิชาการฉันขอแนะนำให้รับสิทธิ์การใช้งานของนักเรียน / วิชาการสำหรับบางอย่างเช่น SolidWorks หรือ SolidEdge อาจมี Fusion 360 ซึ่งทำงานได้ดีและมีขนาดที่เหมาะสมสำหรับการเชื่อมโยงและเช่นนั้น พวกเขายังอนุญาตให้จำลองช่วงการเคลื่อนไหว น่าเสียดายสำหรับฉันในฐานะผู้ใช้ Linux ไม่มีแพ็คเกจการสร้างแบบจำลอง 3 มิติที่ใช้งานได้ฟรีในขณะนี้


ที่อยู่นี้คำถามที่ถามโดย OP อย่างไร สิ่งนี้จะอ่านมากขึ้นเช่นความพยายามในการสร้างการสนทนา 18+ เดือนหลังจากที่คำถามถูกถามเดิม

@ GlenH7 "ฉันตั้งใจจะใช้ FreeCAD ในการออกแบบและทดสอบ" สำหรับคนรุ่นอนาคตที่อ่านข้อความนี้ที่รัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อไม่มีใคร (นอกเหนือจากการตอบคำถามที่บอกว่าพวกเขาไม่ได้ใช้มันดังนั้นพวกเขาจึงไม่สามารถแสดงความคิดเห็น [?]) ได้ระบุว่ายังไม่สามารถใช้งานได้ในขณะนี้ในขณะที่คำแนะนำอื่น ๆ ของฉันคือ ...
Paul Uszak

0

ฉันยังใหม่กับวิศวกรรมเครื่องกลแม้ว่าฉันจะมีพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ (สูงกว่าปริญญาตรีในวิชาคณิตศาสตร์) และฉัน (ส่วนใหญ่) รหัสสำหรับการใช้ชีวิต

การสังเกตของฉันคือมีหลาย analogues ระหว่างวิธีการออกแบบซอฟต์แวร์ทดสอบรหัส (heh ตามลำดับ) และแจกจ่าย - และวิธีการอธิบายแบบจำลองทางกลใน CAD อาจเป็นเพราะส่วนใหญ่ของสิ่งที่ฉันทำคือการสร้างแบบจำลองพารามิเตอร์เช่นการอธิบายสูตรคอมพิวเตอร์เกี่ยวกับวิธีการสร้างแบบจำลองจากพารามิเตอร์ที่สามารถทดสอบได้

แน่นอนว่าคุณต้องอยู่ในเส้นทางที่ถูกต้อง

เช่นเดียวกับเครื่องมือซอฟต์แวร์คุณต้องเลือกและรู้จักเครื่องมือของคุณอย่างดีเพื่อทำงานร่วมกับพวกเขา


บันทึก Meta: คำถามนี้ไปกับ StackOverflow ท่องเที่ยว มันให้คำแนะนำเช่นกับคำตอบที่ให้ความเห็นและ "กับคำตอบที่เป็นไปได้มากเกินไปหรือที่จะต้องมีคำตอบที่ยาวมาก" สิ่งนี้อาจหมายความว่ามีใครบางคนปิดรายการในที่สุด

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.